Microbiología ¿Qué es un Microorganismo? · la Tierra primitiva (como fumarolas). Un ejemplo es...

Bárbara Cánovas Conesa

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Microbiología

¿Qué es un Microorganismo?

Los microorganismos o microbios son organismos de pequeño tamaño, observables únicamente con la ayuda del microscopio. La microbiología es la rama de la Biología que se encarga del estudio de los microorganismos.

Los microorganismos se clasifican en:

Con Organización Celular

Poseen membrana celular Pueden tener ADN y/o ARN

Procariotas Arqueobacterias Eubacterias

Eucariotas Protozoos Algas Microscópicas Hongos Microscópicos

Sin Organización Celular

Sin membrana Nunca están presentes a la vez ADN y ARN Parásitos estrictos de los anteriores Carecen de metabolismo

Virus

Viroides

Priones

Arqueobacterias Eubacterias Eucariotas

Pared Celular Pseudopeptidoglucano o sólo

proteínas Peptidoglucanos

Plantas (celulosa), Animales (ninguna),

Fungi (quitina)

Membrana

Las cadenas hidrocarbonadas ramificadas de los ácidos grasos

están unidas al glicerol por enlace éter

Las cadenas de los ácidos grasos están unidas al glicerol por enlace éster

Genoma ADN único, circular, presencia de plásmidos ADN fragmentado en

cromosomas múltiples

Bacterias

Arqueobacterias

Bacterias consideradas fósiles vivientes pues viven en hábitats que parecen corresponder con los que existieron en la Tierra primitiva (como fumarolas). Un ejemplo es el de Pyrococcus furiosus que tiene su óptimo de crecimiento a 1041ºC. También pueden vivir en medios halófilos (muy salados), por ejemplo: Halobacterium, que son halófilos estrictos.

Eubacterias

Son las bacterias típicas, como Escherichia coli. Son microorganismos unicelulares procariotas, cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 micras (al ser tan pequeñas no necesitan citoesqueleto), adaptados a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, pues en las diferentes estirpes bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas:

Autótrofas: Fotosintéticas Quimiosintéticas

Heterótrofas: Saprófitas Simbióticas Parásitas.

Esta notable diversidad de funciones convierte a las bacterias en organismos indispensables para el mantenimiento del equilibrio ecológico, ya que contribuyen al mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos que permiten el reciclaje de la materia en la biosfera.

La mayor parte de las bacterias adoptan formas características, aunque en ocasiones puede verse influida por las condiciones del medio de cultivo. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición. Entre las formas más comunes destacan las siguientes:

Cocos: Aspecto redondeado. Aislados, en grupos de dos (diplococos) o formando cadenas (estreptococos): depende de que la división de

las células se dé a lo largo de uno, dos o tres ejes. Tienen una relación superficie/volumen mínima, es decir, tienen poca relación con el exterior Muy resistentes y se transmiten por el aire.

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Biología _ 2º Bachillerato

Son pequeñas y exigentes con el medio de cultivo. Suelen ser patógenas: Streptococcus, Staphylococcus,….

Bacilos: Alargados y cilíndricos, en forma de bastón. A veces se presentan en cadenas lineales o ramificadas. Mayor relación superficie/volumen que los cocos, con lo que obtienen nutrientes con mucha mayor

efectividad, lo que les permite vivir en lugares pobres en nutrientes (vías urinarias, agua, …). Menos resistentes, más susceptibles a los cambios ambientales y no pueden transmitirse por el aire, sólo lo

hacen por líquidos o superficies húmedas. Los más grandes (Baccillus y Clostridium) desarrollan endosporas para resistir los períodos de condiciones

adversas. Espirilos:

Forma de hélice o espiral. Se mueven en medios viscosos avanzando en tornillo. Su diámetro es muy pequeño, lo que hace que puedan atravesar las mucosas (Treponema pallidum, causante

de la sífilis). Son más sensibles a las condiciones ambientales que los bacilos, por eso cuando son patógenas se

transmiten por contacto directo (vía sexual) o mediante vectores, normalmente artrópodos hematófagos. Vibrios:

Muy cortos y curvados, en forma de coma. Vibrio cholerae.

Cocos

Coco Diplococo Estafilococo Estreptococo

Bacilo

Cocobacilo Bacilo Empalizada Diplobacilo Estreptobacilo

Espirilos Vibrios

Estructura de una bacteria tipo

La ultraestructura y la actividad fisiológica de las bacterias solo se puede apreciar con el microscopio electrónico en conjunción con las técnicas bioquímicas y citológicas adecuadas, como la ultracentrifugación, técnicas de marcaje con isótopos radiactivos, utilización de medios de cultivo diferenciales, etc. Los componentes estructurales básicos de las bacterias son:

Cápsula bacteriana

En numerosas bacterias se forma en la parte externa de la pared una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Esta envoltura, que se presenta en casi todas las bacterias patógenas, las protege de la desecación y de la fagocitosis por los leucocitos del hospedador, así como del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas.

La presencia de la cápsula no es, sin embargo, un carácter diferenciador, pues determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo.

Pared bacteriana

Presente en todas las bacterias, envoltura rígida exterior a la membrana, da forma a la bacteria y sobre todo soporta las fuertes presiones osmóticas de su interior. Sus componentes fundamentales son los peptidoglucanos o mureínas, formados por anillos de polisacáridos complejos enlazados con oligopéptidos. Además contiene otros elementos diferentes según pertenezca al grupo de las Gram negativas o al de las Gram positivas:



Microbiología

Gram Positivas Gram Negativas

La red de peptidoglucanos origina varias capas superpuestas, es gruesa y homogénea y no hay membrana externa.

Hay una sola capa de peptidoglucanos sobre la que se dispone una membrana externa constituida por una capa de fosfolípidos y otra de glucolípidos asociados, estos últimos, a polisacáridos que se proyectan hacia el exterior.

Membrana

Es una envoltura que rodea al citoplasma, formada por una membrana de tipo unitario de 75 Å de espesor. Su estructura es idéntica a la de las células eucariotas, variando sólo en algunas de las moléculas que la componen, como no presentar esteroides. También las funciones de la membrana plasmática bacteriana son las mismas que en la célula eucariota, es decir, limita la bacteria y regula el paso de sustancias nutritivas.

Una particularidad que presenta la membrana bacteriana es la existencia de unos repliegues internos, son los mesosomas: incrementan la superficie de la membrana plasmática y además tienen gran importancia en la fisiología bacteriana, puesto que en ellos hay gran cantidad de enzimas responsables de importantes funciones celulares:

Transporte de los electrones, mediante el conjunto de transportadores de la cadena respiratoria, y fosforilación oxidativa.

Síntesis de diversos componentes de la membrana, la pared y la cápsula. Contienen los pigmentos fotosintéticos y demás componentes de los fotosistemas. La ADN polimerasa de los mesosomas regula el proceso de duplicación del ADN.

Ribosomas

Son corpúsculos similares a los de las células eucarióticas, aunque de menor tamaño (su velocidad de sedimentación es de 70S), compuestos por una subunidad pequeña de (30S) y otra mayor de (50S). Se encuentran dispersos en el protoplasma bacteriano, aislados o asociados en cadenas de ARNm (polirribosomas), y se encargan de la síntesis de proteínas.

Cromosoma bacteriano

El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula en doble hélice (muy grande en comparación con el tamaño de la bacteria), circular, superenrollada y asociada a proteínas no histonas. Suele estar unida a los mesosomas.

En las células bacterianas puede haber también una o varias moléculas de ADN circular extracromosómico de menor masa molecular que el cromosoma denominadas plásmidos. Estos plásmidos, en algunas bacterias, pueden tener genes que las protegen de los antibióticos o también genes que intervienen en los procesos de reproducción (plásmido F).

Inclusiones

En el protoplasma bacteriano se encuentra una gran variedad de granulaciones, que cumplen, generalmente, la función de depósitos de sustancias de reserva.

Flagelos

Son apéndices filiformes de mayor longitud que la bacteria que permiten su locomoción. Se presentan en número y disposición variable y están formados por fibrillas proteicas compuestas de una proteína llamada flagelina.

Fimbrias o pili

Son filamentos huecos, delgados y rectos, situados en la superficie de determinadas bacterias y cuya función no está relacionada con la locomoción, sino con la adherencia a los substratos y el intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación.

Mureína

Pared Celular

Membrana

Ácido Teicoico

Ácido Lipoteicoico

Mureína

Lipoproteína

Pared Celular

Espacio Periplásmico

Membrana

LipopolisacáridoPoro



Funciones de Nutrición en las Bacterias

La mayor parte de las bacterias son heterótrofas y deben tomar el alimento orgánico sintetizado por otros organismos. La obtención del alimento la hacen por diversos caminos:

Las bacterias de vida libre suelen ser saprófitas, viven sobre materia orgánica muerta.

Muchas viven en relación estrecha con otros organismos: La mayoría son comensales y no causan daños ni aportan beneficios a su huésped Otras son parásitas y producen enfermedades Y otras son simbiontes, establecen relaciones con otros organismos con beneficio mutuo.

Otras bacterias son autótrofas y utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición:

Las autótrofas fotosintéticas, como las bacterias sulfurosas verdes y purpúreas, no utilizan agua como dador de electrones en la fotosíntesis, sino otros compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, y por lo tanto no producen oxígeno.

Al poseer pigmentos que absorben luz casi infrarroja, pueden realizar la fotosíntesis prácticamente sin luz visible.

Las autótrofas quimiosintéticas, utilizan la energía que desprenden ciertos compuestos inorgánicos al oxidarse.

Independientemente del tipo de nutrición, las bacterias pueden necesitar el oxígeno atmosférico (aerobias) o no (bacterias anaerobias). Para algunas bacterias anaerobias el oxígeno es un gas venenoso (anaerobias estrictas), otras lo utilizan cuando está presente, aunque pueden vivir sin él (anaerobias facultativas).

Funciones de Relación en las Bacterias

Las bacterias responden a un número elevado de estímulos ambientales diversos mediante modificaciones de su actividad metabólica o de su comportamiento. Ciertas clases, ante los estímulos adversos del ambiente, provocan la formación de esporas de resistencia, que, al ser intracelulares, se denominan endosporas.

Las endosporas bacterianas son estructuras destinadas a proteger el ADN y el resto del contenido protoplasmático, cuya actividad metabólica se reduce al estado de vida latente; pueden resistir temperaturas de hasta 80ºC y soportan la acción de diversos agentes físicos y químicos. En condiciones favorables germinan y dan lugar a una nueva bacteria (forma vegetativa).

Pero la respuesta más generalizada consiste en movimientos de acercamiento o distanciamiento respecto a la fuente de los estímulos (taxias) que pueden ser de varios tipos: flagelar, de reptación o flexuosos (parecido al de las serpientes, pero en espiral).

Funciones de Reproducción y Genética Bacteriana

Reproducción Asexual: Bipartición o División Binaria

Es la forma más general de reproducción bacteriana; tras la replicación del ADN (dirigida por la ADN pol de los mesosomas) la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias.

Sin embargo, además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen también un conjunto de mecanismos, definidos como parasexuales, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN; esta transferencia de información genética de una bacteria a otra puede realizarse por conjugación, transformación o transducción:

Reproducción Sexual: Conjugación, Transformación y Transducción

Conjugación: es un mecanismo mediante el cual una bacteria donadora (F+ por tener un plásmido F) transmite a través de las fimbrias o pili el plásmido F o también un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora (F- por no tener el plásmido F). La bacteria F- se convertirá así en F+ al tener el plásmido F e incluso podrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto con el plásmido F.

Transformación: es el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Sólo algunas bacterias pueden ser transformadas (bacterias competentes).

Transducción: la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada.



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Bipartición Conjugación Transformación Transducción

Microorganismos sin Organización Celular: Los Virus

Los virus son organismos dotados de extraordinaria simplicidad, pertenecen a un nivel de organización subcelular, y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. No se nutren, no se relacionan, carecen de metabolismo propio y para reproducirse utilizan la maquinaria metabólica de la célula a la que parasitan; su simplicidad estructural y funcional los convierte en parásitos intracelulares obligados, tanto de bacterias (bacteriófagos o fagos), como de las células animales y vegetales.

Estructura y Características

Las partículas víricas, llamadas también viriones, están constituidas por una molécula de ADN o ARN (nunca los dos en un mismo virus), en el interior de una cápsula proteica (cápsida) y, en ocasiones, una envoltura membranosa, de lípidos y proteínas.

Los virus son muy pequeños y sólo son visibles mediante microscopía electrónica. Su tamaño oscila desde los 10 nm, en los pequeños virus de la poliomielitis, hasta los 300 nm en el virus de la viruela, el mosaico del tabaco y otros. Se diferencian entre ellos, además de por el tamaño, por las características estructurales de la cápsida, por la naturaleza de su ácido nucleico, el modo de penetración en la célula hospedadora y el mecanismo de replicación.

Constitución y morfología de la cápsida

La presentan todos los virus, es una envoltura proteica formada por el ensamblaje de una o varias subunidades proteicas llamadas capsómeros, dispuestas a menudo en varias capas concéntricas.

La geometría de la cápsida es uno de los criterios que permite clasificar los virus en cuatro grupos: icosaédricos, helicoidales, complejos y con envoltura.

Icosaédricos: son los virus de aspecto esférico, cuya cápsida adopta la estructura de un icosaedro (poliedro de 20 caras triangulares, 30 aristas y 12 vértices): adenovirus, el virus de la polio y picornavirus.

Helicoidales o cilíndricos: están representados por el virus del mosaico del tabaco y el virus de la rabia. Presentan un aspecto alargado, que en realidad corresponde a un cilindro hueco, donde los capsómeros se ensamblan siguiendo un ordenamiento helicoidal.

Complejos: como los bacteriófagos (virus parásitos de bacterias) que parecen adoptar las dos estructuras anteriores. Al igual que los icosaédricos poseen una región icosaédrica llamada cabeza donde se aloja el ADN y una cola formada por una banda de simetría helicoidal en cuyo interior se encuentra un eje tubular. La cola está terminada en un conjunto de fibras y espinas caudales que constituyen el sistema de anclaje del virus a la bacteria a la que infecta.

Virus con envoltura membranosa: son la mayoría de los virus de animales, como el de la gripe, la viruela, la hepatitis, VIH,…, poseen, además de la cápsida, una envoltura membranosa que no es más que un fragmento de la membrana plasmática de la célula hospedadora que el virus arrastra al abandonarla mediante un proceso de gemación. La bicapa lipídica que forma esta envoltura posee un conjunto de glucoproteínas codificadas por el virus y dispuestas hacia el exterior, a modo de espículas, que constituyen su sistema de anclaje en los receptores de membrana de las células hospedadoras y, por tanto, median en el mecanismo de penetración por endocitosis o por fusión de membranas. La envoltura membranosa es muy importante desde el punto de vista inmunológico.

F+ F-

F+ F+

pili

Plásmido F



Icosaédrico Helicoidal Complejo Con Envoltura

Ácido nucleico

Es el componente esencial del virus y puede ser:

ADN Monocatenario Bicatenario

ARN Monocatenario: poseen la enzima retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que le va a permitir

transcribir su ARN en un ADN dentro de la célula infectada. Bicatenario

Tipo Ácido Nucleico Cápsida Envoltura Ejemplo

Bacteriófagos ADN bc Compleja No Fago T4

Virus de Animales Todos los tipos Icosaédricos Frecuente Gripe, VIH, Polio,…

Virus Vegetales ARN mc Helicoidal No Mosaico del Tabaco

Mecanismos de Replicación: Ciclo Vital

Aunque el genoma de un virus contiene escaso número de genes, es suficiente para inhibir la expresión génica de la célula hospedadora y obligarla a transcribir y traducir su breve mensaje. El modo de penetración, los mecanismos y los compartimentos celulares utilizados para la replicación, son diferentes en los distintos tipos de virus.

Ciclo vital de un retrovirus: VIH

Los retrovirus son un grupo especial de virus animales con ARN como ácido nucleico, poseen envoltura y la retrotranscriptasa.

EL VIH es un retrovirus relativamente complejo: formado por una membrana lipídica con glucoproteínas dispuestas hacia el exterior a modo de espinas. En el interior encontramos una cápsida proteica que encierra el material genético, formado por dos moléculas de ARN monocatenario y se encuentran ligadas, cada una de ellas, a una molécula de la enzima transcriptasa inversa.

El VIH ataca preferentemente a los linfocitos T4. Las fases de este proceso son:

Espículas Proteicas

Envoltura

Ácido Nucleico

Cápside

Retrotranscriptasa



Microbiología

1º. Contacto entre las espículas de su envoltura membranosa y los receptores de la célula hospedadora. Se produce la fusión de membranas, introduciéndose en la célula hospedadora la cápside con el material genético.

2º. Una vez en el interior, el virus se despoja de su cápsida proteica y quedan libres las hebras de ARN y la retrotranscriptasa que transporta.

3º. La retrotranscriptasa hace primero una copia del ARN originando una cadena de ADN, es decir, se origina un híbrido ARN-ADN. Por tanto, la retrotranscriptasa invierte el proceso normal de transcripción.

4º. La hélice híbrida ARN-ADN es utilizada por la misma enzima para generar una doble hélice de ADN (previa degradación del ARN).

5º. Las dobles cadenas de ADN víricas entran en el núcleo y se integran en el cromosoma celular, donde puede permanecer en estado latente en forma de provirus durante un tiempo más o menos prolongado.

6º. Finalmente se transcriben y se traducen utilizando la maquinaria metabólica de la célula y origina nuevas copias de ARN vírico, proteínas de la cápsida y de la envoltura y enzimas retrotranscriptasas.

7º. Los componentes de los nuevos viriones se ensamblan.

8º. Los virus abandonan la célula mediante un proceso de gemación que les permite adquirir de nuevo su recubrimiento membranoso.

Todos estos procesos pueden ser lentos, originando tan sólo un descenso de la actividad metabólica del hospedador, o rápidos, con lo que la salida masiva de virus termina con la lisis de la célula.

Ciclo vital del Fago T4.

El bacteriófago T4 es un virus complejo con una cabeza icosaédrica y una cola en la que hay una placa basal y fibras de fijación. El genoma se compone de una molécula de ADN bicatenaria que se encuentra muy empaquetada dentro de la cabeza.

El fago se fija en la pared bacteriana, en las regiones denominadas puntos de adherencia, a través de los cuales inyecta su ADN mediante la contracción de la vaina de la cola. Una vez en el protoplasma bacteriano, el ADN puede seguir dos caminos: multiplicarse y originar nuevos virus (vía lítica), con lo que se produce la destrucción de la bacteria, o integrarse en el cromosoma bacteriano y adoptar la forma de profago (vía lisogénica).

1) Ciclo lítico a) Fijación y entrada: el fago fija su cola a receptores específicos de la pared bacteriana, donde una enzima localizada

en la cola del virus debilita los enlaces de las moléculas de la pared.

Después, contrae la vaina helicoidal, lo que provoca la inyección del contenido de la cabeza a través del eje tubular de la cola del fago, entrando el ácido nucleico en la célula.

b) Multiplicación: el ADN del virus, utilizando nucleótidos y la enzima ARN-pol de la bacteria, dirige la síntesis de gran cantidad de ARNm viral, que sirve de base para la síntesis de proteínas del virus (capsómeros, endonucleasas, endolisinas).

Al mismo tiempo, el ADN vírico, utilizando los complejos enzimáticos de la bacteria, se replica muchas veces. Tanto los ácidos nucleicos replicados como el resto de los componentes víricos que se han sintetizado se

ensamblan, dando lugar a nuevos virus. c) Lisis y liberación: en una bacteria pueden formarse unos 100 fagos, que salen al exterior gracias a la endolisina,

una enzima que lisa la pared bacteriana, con lo que se produce la ruptura de la pared bacteriana y la muerte de la célula. Los virus quedan libres para infectar nuevas células.

2) Ciclo lisogénico: no siempre se produce la lisis inmediata de la célula, sino que hay fagos atemperados o atenuados que se integran en el ADN bacteriano por entrecruzamiento de dos regiones idénticas del fago y de la bacteria.

Los fagos integrados se denominan profagos, y se replican pasivamente con el ADN de la bacteria. Las bacterias capaces de establecer esa relación con los fagos atenuados se denominan lisogénicas.

Lítico

Lisogénico



El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones de la bacteria, hasta que un estímulo induzca la separación del profago, lo que iniciará un ciclo lítico típico.

Mientras la célula posea el ADN profago será inmune frente a infecciones de este mismo virus. Otros virus que no son bacteriófagos pueden también tener ciclos lisogénicos.

Viroides

Son extremadamente sencillos y forman un escalón inferior a los virus. Son genomas desnudos de ARN monocatenario con forma de horquilla, al existir complementariedad entre sus bases, de esta forma simula un ARN doble y así se protegen de las enzimas hidrolíticas celulares que atacan a los ARN simples. No presentan cápsida proteica. Solamente causan enfermedades en los vegetales.

Microorganismos con Organización Celular Eucariota:

Protozoos

Son organismos formados por una sola célula (unicelulares), es decir, poseen la estructura típica de una célula eucariótica animal, aunque en ocasiones presentan una mayor complejidad en su organización. Tienen una membrana plasmática que los rodea y delimita, algunos forman un caparazón duro, calizo o silíceo, o bien una fina envoltura de quitina.

Su forma y tamaño son variables, pero casi todos ellos son microscópicos por lo que deben observarse al microscopio.

Algunos viven libres en aguas dulces o saladas. Cuando se deseca el medio en que viven forman un caparazón y se enquistan. Otros viven parásitos en animales o vegetales produciendo enfermedades, o bien, simbiosis con ellos.

Se suelen reproducir por bipartición simple, aunque algunos tienen otras modalidades e incluso se conocen procesos de reproducción sexual.

Trypanosma (Enfermedad del sueño. Vector: mosca

tse-tse) Paramecio Ameba

Algas Microscópicas Unicelulares

Unicelulares. Viven en el agua y son capaces de realizar la fotosíntesis. Forman parte importante del plancton.Entre ellas podemos citar las Diatomeas, que viven tanto en el mar como en el agua dulce y poseen un caparazón de sílice formado por dos piezas que encajan como una caja y su tapadera. Otras como Euglena viridis, tienen flagelos con los que se desplazan en el agua.

Diatomeas Ameba Plancton

Hongos Microscópicos

Bajo esta denominación se incluye un amplio grupo de organismos de gran heterogeneidad. Entre las características comunes a todos los hongos están:

Formados por una o más células eucariotas. No tienen ni clorofila ni ningún otro pigmento fotosintético. La pared celular es de quitina.



Microbiología

Los hongos son organismos heterótrofos que necesitan para su nutrición sustancias orgánicas ya elaboradas. La mayoría son saprófitos (sobre materia orgánica en descomposición) y otros son parásitos que producen enfermedades en animales y vegetales.

Dentro de los hongos podemos encontrarlos unicelulares (levaduras) y pluricelulares (mohos), estos últimos tienen una estructura denominada talo, formada por una serie de filamentos (hifas) que pueden ser ramificados y tabicados, formando, en su conjunto, una estructura denominada micelio.

Su reproducción puede ser sexual o asexual (gemación, esporulación, fragmentación) y su clasificación es compleja y se puede realizar atendiendo a diferentes caracteres.

Levadura Moho

El papel que los hongos ejercen en la naturaleza resulta de gran importancia, sobre todo si tenemos en cuenta su actividad descomponedora en los ecosistemas (reciclaje de materia orgánica). También tienen una parte fundamental en la actividad humana (alimentación, agricultura, silvicultura, industria química, enfermedades,…).

Los hongos son capaces de descomponer algunos materiales fabricados y usados por el hombre a partir de materiales de origen orgánicos (vegetal y animal). Reciclan estos materiales como si se tratara de la materia orgánica que forma parte del ecosistema (biodeterioro).

Por otra parte, desde hace cientos de años el hombre ha utilizado diferentes especies de hongos para la transformación de alimentos, un claro ejemplo son las levaduras utilizadas en la elaboración de la cerveza y del vino (Saccharomyces sp), de los quesos (Penicillium sp), del pan, etc.

Los hongos son muy importantes en la industria química como productores de numerosas sustancias como vitaminas, cortisonas, ácidos orgánicos y sobre todo antibióticos (penicilina: Penicillium).

Los hongos también pueden ser agentes patógenos directos sobre el ser humano, son causantes de numerosas micosis superficiales en la piel, uñas, pelo, etc. y micosis profundas con mayor riesgo para la salud. También puede haber alergias micógenas provocando molestias respiratorias (por las esporas).

Intervención de los microorganismos en las transformaciones o ciclos biogeoquímicos

Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores.

La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía.

Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar parte de materia inorgánica inerte a formar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo a materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Estos ciclos de la materia son los ciclos biogeoquímicos.

Ciclo del Carbono

Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas toman el carbono en forma de CO2 de la atmósfera o del agua, asimilándolo durante la fase oscura de dicho proceso para formar moléculas orgánicas. Parte del carbono vuelve al medio inerte en la misma forma de CO2 como resultado de la respiración tanto de las propias plantas como de los organismos consumidores y descomponedores. Los desechos, restos o cadáveres que contienen carbono vuelven también al medio inorgánico por acción de los descomponedores (bacterias y hongos).

Una parte muy importante del carbono, puede tardar millones de años en incorporarse al medio inerte. Es el caso del carbono que llega a formar parte del petróleo y del carbón mineral. Este carbono puede volver al ciclo por combustión de estos combustibles fósiles.



Ciclo del Nitrógeno

La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera (78% v/v), sin embargo, este N2 atmosférico sólo puede ser fijado por un grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno que transforman este gas en compuestos nitrogenados utilizados directamente por las plantas. Entre el grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa…), estas bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan unos nódulos fijadores del nitrógeno. El resto de las plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en forma de nitratos.

Cuando un organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo, se convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación).

Otros grupos de bacterias del suelo oxidan los iones NH4+ a nitritos y finalmente las bacterias nitrificantes oxidan los

nitritos a nitratos. Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados para formar moléculas nitrogenadas (proteínas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales.

Existe un grupo de bacterias desnitrificantes que en condiciones anaerobias y de inundación, convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular, que escapa a la atmósfera.

Los Microorganismos como agentes de enfermedades infecciosas

La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios, formando la flora normal. Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana, son los microorganismos patógenos.

El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad. Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal, son los microorganismos oportunistas.

Combustión

Petróleo

Carbon

CO2

Vegetales

FOTOSÍNTESIS

Compuestos

Orgánicos

Bacterias/Hongos

BIODETERIORO

Consumidores

Compuestos

Orgánicos

RESPIRACIÓN

Sustancias orgánicas nitrogenadas:

Proteínas

Ácidos NucleicosAtmósferaN2

Bacterias

Fijadoras de

N2

de los suelos

Animales

Vegetales / Algas

SueloNitratos

Nitritos

Sales

amoniacales

Bacterias / Hongos



Microbiología

Vías de Infección

El primer paso en una infección es la colonización por parte de los microorganismos de tegumentos y mucosas corporales, donde deben competir con otros microorganismos comensales. Los que superan esta primera fase con más éxito son los que producen las enfermedades más contagiosas.

La entrada de microorganismos en el cuerpo del hospedador puede tener lugar a través de distintas vías:

Heridas o abrasiones en los tegumentos. Roturas microscópicas en las mucosas. Picaduras de artrópodos: arácnidos e insectos, principalmente. Adherencia específica del microorganismo a las células del hospedador y paso a través de células epiteliales. En determinadas circunstancias, algunos microorganismos forman colonias muy numerosas en los tegumentos, las

cuales son responsables de una lesión epitelial, produciéndose inflamación y rotura, a través de la cual penetran.

Una vez dentro, los microbios tienen que reproducirse, ya sea en una lesión superficial, ya sea en un tejido específico al que son conducidos por vía linfática o sanguínea. En esta primera fase tienen que superar los mecanismos defensivos del hospedador, lo que incluye la inflamación, la detención en los ganglios linfáticos y su eliminación de la sangre por acción de los fagocitos. Si consiguen superarlos, se desarrolla la enfermedad. El tiempo que transcurre desde que penetran hasta la manifestación de los síntomas de enfermedad se denomina período de incubación.

Las infecciones pueden ser superficiales, si el microorganismo se multiplica en las células epiteliales de la zona de entrada, o sistémicas si alcanzan los vasos sanguíneos y se multiplican en varios órganos a la vez.

Factores de patogenicidad: Toxinas

Según la infección va progresando, se empiezan a manifestar los síntomas de la enfermedad. Esto nos indica que el hospedador ya ha sufrido una lesión por diversas causas:

La proliferación de los microorganismos: el crecimiento del número de células microbianas puede conllevar dos clases de peligro: Por un lado, se puede crear una competencia entre el microbio y las células del hospedador por un

determinado nutriente Por otro lado, se puede producir el bloqueo de vasos sanguíneos, un daño directo sobre las células del

hospedador

Producción de toxinas: las toxinas son sustancias venenosas de bajo peso molecular, que pueden ser excretadas al medio (exotoxinas: botulismo o tétanos) o retenidas dentro de la célula (endotoxinas). Estas toxinas pueden provocar daños locales, cuando son muy específicas, difundirse y causar lesión sistémica. Algunos ejemplos son: la producción de enzimas extracelulares como la lecitinasa que hidroliza los lípidos de membrana de las células huésped, las hemolisinas que lisan los glóbulos rojos, liberando al plasma su hemoglobina,….



Biotecnología

La biotecnología es el conjunto de procesos industriales que se sirve de microorganismos o de células procedentes de animales o vegetales para obtener determinados productos comerciales o para realizar importantes transformaciones químicas.

Aplicada a la mejora del medio ambiente

Diversas técnicas biotecnológicas permiten resolver, de diferentes y novedosas maneras, el problema de la contaminación ambiental.

Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La ingeniería genética permite combinar las características de estos microorganismos para aumentar su eficacia o generar microbios recombinantes con nuevas características.

Aunque muchos microorganismos diferentes juegan un papel esencial en los equilibrios ambientales, la mayoría de las aplicaciones biotecnológicas actuales se realizan con ciertos tipos de bacterias.

Algunas de las aplicaciones de la biotecnología a la mejora del medio ambiente son las siguientes:

- Eliminación de metales pesados. - Eliminación de mareas negras. - Obtención de energía no contaminante. - Tratamiento de residuos urbanos e industriales. - Tratamiento de diferentes tipos de contaminación asociados a la industria del petróleo. - Tratamiento de la contaminación producida por herbicidas, pesticidas e insecticidas. - Depuración de aguas residuales.

Aplicada a la mejora de la salud

La biotecnología tiene en la salud humana, entre otros, los siguientes campos de aplicación:

- Prevención de enfermedades hereditarias. - Terapia génica. - Producción de vacunas. - Obtención de anticuerpos monoclonales e interferones. - Producción de hormonas (por ejemplo insulina y hormona del crecimiento). - Producción de antibióticos y otros productos farmacéuticos.

De los alimentos

El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus características y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas:

- Pan. - Yogur. - Queso. - Mantequilla. - Vinagre. - Vino. - Cerveza. - Encurtidos. - Producción de proteínas para piensos de animales domésticos. - Síntesis de vitaminas que se añaden a los alimentos o en compuestos farmacéuticos: la vitamina B12 es

producida industrialmente a partir de bacterias y la riboflavina es producida por diversos microorganismos como bacterias y hongos.

- Síntesis de aminoácidos que se utilizan como aditivos alimentarios: se producen por fermentación microbiana son el ácido glutámico, la lisina, la glicina, la metionina y la alanina.

Microbiología ¿Qué es un Microorganismo? · la Tierra primitiva (como fumarolas). Un ejemplo es...

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